Die Hochspannungsprüfung DC

Fühle ich mich sicher?

Mache ich alles richtig?

Mit Sicherheit wissen Sie dies in wenigen Minuten.

Sicherheitsprüfungen sind Pflicht und gehören zu jeder Endkontrolle Ihres Elektroprodukts.
Erfahren Sie kurz und bündig das Wichtigste zur Hochspannungsprüfung mit DC.
Wir erklären das WARUM?, WO?, WIE? und auch auch die mögliche Gefahr!
Und wenn Sie noch mehr erfahren möchten, können Sie noch detailliertere Informationen am Ende dieser Seite kostenlos herunterladen!

R_Iso oder HV-DC ?

Der prinzipielle Ansatz der Hochspannungsprüfung ist sehr ähnlich zur Isolationswiderstandsprüfung. Denn bei beiden Prüfmethoden geht es um die Qualität der Isolation.
Diese kann durch Messung des Isolationswiderstands oder durch Prüfung der Spannungsfestigkeit mit Hochspannung und gleichzeitiger Messung des fließenden Ableitstroms erfolgen. Wo liegt denn dann der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Prüfmethoden? Es sind die Prüfspannung und der Prüfstrom. Beide sind bei der Hochspannungsprüfung in der Regel deutlich höher. Zudem wird an die Qualität der Prüfspannung ein nicht so hoher Anspruch gestellt.

Grundsätzlich ist die Hochspannungsprüfung mit DC ist der Isolationswiderstandsprüfung aber recht ähnlich. Unter der Voraussetzung einer hohen Spannungsqualität in Bezug auf eine geringe Restwelligkeit, kann sie auch zum Messen des Isolationswiderstands in MΩ oder GΩ dienen. Dann bezeichnen wir bei SCHLEICH die Prüfung aber auch konsequent als Isolationswiderstandsprüfung.

Bei der HV-DC ist die Basis der Auswertung der fließende Strom. Das entspricht der gleichen Auswertung wie bei der HV-AC.

Das WARUM ?

Die sichere Isolation ist die zentrale Schutzmaßnahme zur Gewährleistung der elektrischen Sicherheit. Sie sorgt dafür, dass der Benutzer keine stromführenden Leiter berühren und dass kein Kurzschluss zwischen den Leitern oder zum Gehäuse des Betriebsmittels auftreten kann. Denn wenn er auftreten würde, könnte bei einer Berührung des Gehäuses ein lebensgefährlicher Strom durch den Benutzer fließen. Klar, der Schutzleiter sollte dafür sorgen, dass dies nicht passiert. Aber er könnte im schlimmsten Fall auch defekt sein. Und es wäre auch nur eine Vermeidung der Wirkung und nicht der Ursache.

Um all dies zu gewährleisten, muss die Isolation einwandfrei funktionieren! Und dies ist von Ihnen vor Auslieferung des Elektroprodukts durch eine Hochspannungsprüfung zu beweisen und zu dokumentieren.

Diese Prüfung ist nicht für alle Elektrogeräte zwingend erforderlich. Sie könnte aber für die Zertifizierung des Elektrogeräts in der Typprüfung durchaus benötigt werden. Falls sie bei der Herstellung gefordert wird, ist sie eine Stückprüfung. Das bedeutet, dass jedes Stück, also jedes einzelne von Ihnen in Verkehr gebrachte Elektroprodukt, zwingend eine Hochspannungsprüfung mit DC benötigt.

Das WO ?

Grundsätzlich muss eine gute Isolation zwischen stromführenden Leitern oder zwischen diesen und Gehäuseteilen vorhanden sein. Typischerweise werden dazu die elektrischen Leiter gegen eine gefährliche Berührung isoliert, also mit einem Isoliermaterial umhüllt. Aber diese Schutzhülle muss spätestens dann, wenn der elektrische Leiter mit anderen elektrischen Komponenten verbunden wird, entfernt werden. An diesen Stellen wird die Isolation über einen sicheren Abstand gewährleistet. Es geht dann dabei um Sicherheitsabstände durch Luft- und Kriechstrecken.

Darüber hinaus können stromführende Leiter z. B. auch mittels Vergussmasse, Isolierfolien oder Festkörpern gegeneinander isoliert werden.
Wann wird welche Art der Isolation verwendet?
Dies hat immer mit der Bauart des Elektroprodukts, der Art der Anforderung wie z. B. hohe Temperatur oder mechanische Belastung usw. zu tun.

Nun ist sicherlich nachvollziehbar, dass Isolationen in einer Leuchte, einem Bügeleisen, einem Elektromotor oder einem Hochspannungsisolator in einem Kraftwerk sehr unterschiedliche Anforderungen und Ausführungen besitzen.
Aus dieser Vielfalt ergeben sich deshalb von Fall zu Fall recht komplexe elektrotechnische Isolieraufbauten.

Das WIE ?

Da die Isolation „etwas mit der Spannung“ zu tun hat, findet die Prüfung mit einer definierten Prüfspannungshöhe statt. Diese kann rampenförmig ansteigend oder direkt in voller Höhe auf das Prüfobjekt gegeben werden.

Ziel ist es, den Strom durch die Isolation zu messen bzw. einen Durchschlag zu detektieren. Denn er ist das Bewertungskriterium für die Isolation. Er darf nicht größer als ein vorgegebener Maximalstrom sein.
Die Obergrenze des Stroms kann von Produkt zu Produkt sehr unterschiedlich sein. In den Normen ist zu dieser Grenze eher wenig bis nichts zu finden. Und das hat seinen guten Grund – da die Höhe des Stroms vom kapazitiven Anteil in der Isolation stark abhängt. Bei der HV-DC wird zwar nicht wie bei der HV-AC 50 oder 60 mal pro Sekunde die Polarität gewechselt, aber die Kapazität des Prüfobjekts muss zuerst einmal aufgeladen werden.

Abhängig vom Aufbau des Produkts und der Verwendung in den verschiedenen Regionen/Kontinenten, geben die Normen die Höhe der Prüfspannung, die notwendige Mindestleistung der Hochspannungsquelle und die Prüfdauer vor. Und auch, ob die Hochspannung potentialfrei sein muss.

Häufig wird die Hochspannungsfestigkeit nacheinander zwischen allen beteiligten Leitern gemessen. Es können sowohl zusammengefasste Gruppen von Leitern als auch einzelne Leiter und natürlich das Gehäuse oder Gehäuseteile sein. Man erkennt schnell, dass man die Prüfung je nach Komplexität des Elektroprodukts an den verschiedensten Stellen durchführen muss.
Das könnte durch Abtasten der Prüfpunkte mit einer Prüfsonde stattfinden – ein Ansatz, der sich jedoch schnell als langwierig und kostentreibend herausstellen kann.
Komplexe Prüfungen werden deshalb seit 25 Jahren immer über die SCHLEICH-typische Matrix automatisch und frei programmierbar an beliebigen Prüfpunkten durchgeführt:

SCHLEICH-Umschaltmatrixen schalten flexibel in 2- und in 4-Leitertechnik. Besonders die 4-Leitertechnik hat in automatisierten Systemen und Anlagen eine sehr hohe Bedeutung. Sie garantiert eine sichere Anlegekontrolle der Prüfspannung und somit Prozesssicherheit.

Prüfparameter	typische Werte	SCHLEICH \| Standard bis kundenspezifisch
minimal geforderte Prüfspannung	1.000 – 3.000 V DC	50 bis 100.000 V DC
maximal zulässiger Prüfstrom	1 – 10, 50, 100 mA	0,1 – 5.000 mA
minimale Prüfdauer	1 s	von 0,1 s bis 1 Monat
Hochlauframpe	aus; 1 s – 1 min	aus; von 0,5 s bis 1 Monat
Niederlauframpe	aus; 1 s – 1 min	aus; von 0,5 s bis 1 Monat
Spannungsprofile	aus; in 5 Stufen	aus; in beliebiger Stufenzahl mit beliebigem Profilverlauf
.

Bei dieser Spannweite von Anforderungen ist es natürlich ideal, ein Prüfgerät zu verwenden, das möglichst viele der weltweiten Normen abdeckt.
Das ist unsere Stärke.

Der PRÜFSTROM ?

Eine Isolation besteht immer aus einem Isolationswiderstand und einem Kondensator? Wieso ein Kondensator? Der wurde doch gar nicht eingebaut? …

Die Prüfung findet immer zwischen zwei elektrischen Leitern/Polen statt. Abstrakt gedacht bilden diese beiden Pole zwei sich gegenüberstehende Metallplatten. Dazwischen befindet sich die Isolation. Und dieser Aufbau entspricht dem eines Kondensators. Infolgedessen verhält sich das ganze Isolationsgebilde deshalb auch stark kapazitiv. Dieser Effekt tritt besonders deutlich bei Elektromotoren, Generatoren und auch bei Transformatoren auf.

Dies sind physikalische Gegebenheiten, die nichts mit guten oder schlechten Isoliereigenschaften des Prüfobjekts zu tun haben. Sie und natürlich auch die Norm legen den maximal zulässigen Strom fest.
Entscheidend ist nun die Leistung der Hochspannungsquelle. Sie muss den benötigten Ladestrom zum Aufladen der Kapazität in der von ihnen gewünschten Zeit liefern können. Die benötigte Höhe ergibt sich also aus ihrer zeitlichen Anforderung an die Prüfung. Nach dem Aufladen fällt der Prüfstrom auf nahezu null zurück. Vorteil der HV-DC: Die Prüfspannungsquelle muss lange nicht so leistungsstark wie bei HV-AC sein.

Low-End – Die Hochspannungsprüfung DC findet im einfachsten und preisgünstigsten Fall mit einer gleichgerichteten Wechselspannung statt. Dadurch fließt allerdings in der Kapazität auch nach dem Aufladen weiterhin noch ein Strom, der von der Restwelligkeit der Prüfspannung abhängt.

High-End – SCHLEICH liefert in den meisten Fällen HV-DC Prüfgeräte mit hochstabiler Gleichspannung für hohe Ansprüche. Und dies mit einer Restwelligkeit von teilweise unter 1 V! Dann ist auch die Messung des Isolationswiderstands bei hohen Prüfspannungen wieder sehr gut möglich.

Die GEFAHR ?

Fließt ein Gleichstrom kleiner 12 mA durch den menschlichen Körper wird er als ungefährlich eingestuft.
Wenn eine DC-Hochspannungsquelle maximal nur 12 mA liefern kann, gilt sie deshalb als sicherheitsstrombegrenzt und ungefährlich. Spezielle Schutzmaßnahmen sind dann nicht erforderlich.

Aber parallel dazu ist auch noch die Ladung im Prüfobjekt zu berücksichtigen. Hier ist eine Ladung max. 250 mJ ohne Sicherheitsmaßnahmen zulässig. Bei Elektromotoren und Generator wird diese schnell überschritten. Entsprechende Schutzmaßnahmen sind dann zwingend notwendig.

Hierzu zählen:

potentialgetrennte Hochspannung
Abschrankung des Prüfplatzes
Sicherheitsprüfpistolen
Zweihandstart mit entsprechenden Sicherheitsrelais
Prüfkäfig oder Prüfkabine – zweikreisig überwacht mit zugelassenen Sicherheitsrelais und ggf. auch einer sicheren Zuhaltung
Erfüllung von Performance Level PLe, SIL3, Kat4 …

Performance Level PLe, SIL3, Kat4 …

Die Anforderung an die Sicherheitstechnik ist bei einem Prüfstrom größer 12 mA entsprechend hoch. Hierzu sind die einschlägigen internationalen Normen weltweit einzuhalten.

SCHLEICH-Prüfgeräte entsprechen diesen Anforderungen!

Es sei angemerkt, dass es verschiedenste Prüfgeräte auf dem internationalen Markt gibt, die zwar wie ein vermeintliches Schnäppchen daherkommen, aber nicht die gesetzlich geforderten Sicherheitsbestimmungen der EN50191/VDE0104 einhalten!

Alles klar? Lust auf weitere Details?

Unsere Mission – Wissen, Wissen, Wissen … Wer die Prüfmethoden technisch und normativ sicher versteht, holt das Maximum aus seinem Prüfgerät.
– Dipl. Ing. Martin Lahrmann

Ja – informieren Sie mich. Ich will die maximale Sicherheit für unsere Kunden, unser Unternehmen und mich.

Senden sie mir weiteres Detailwissen aus der SCHLEICH-Prüfmethodenfibel.

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